摘要：遠程監(jiān)控終端是遠端設備采集運行參數(shù)的關(guān)鍵器件，直接與設備進行數(shù)據(jù)的交互。隨著遠程監(jiān)控技術(shù)的成熟和設備信息化、智能化的發(fā)展要求，開發(fā)適用于工業(yè)設備的遠程監(jiān)控終端來對設備進行數(shù)據(jù)交互、定位與傳感具有重要意義�；�于礦山和工程機械設備的遠程監(jiān)控終端應支持多種通信接口、兼容設備各類控制器協(xié)議，終端可智能切換工作模式，支持遠程固件升級、數(shù)據(jù)保存等各種功能，具有較好防拆性，可靠性高，功耗低。終端還可與對應信息系統(tǒng)結(jié)合后實時對設備動態(tài)信息進行監(jiān)控和分析，進一步支撐設備的產(chǎn)、儲、銷和售后服務管理。

關(guān)鍵詞：遠程監(jiān)控終端；數(shù)據(jù)交互；通信數(shù)據(jù)協(xié)議

隨著智能化和信息化的不斷發(fā)展，遠程監(jiān)控的技術(shù)日益成熟，其在醫(yī)療、城市服務等很多行業(yè)體系中已得到廣泛應用，但在工業(yè)領域中尚處于不斷發(fā)展壯大的過程［１］。為對工業(yè)設備數(shù)據(jù)進行遠程采集和監(jiān)控，我們以礦山和工程機械設備為依托，開發(fā)設計了一款遠程監(jiān)控終端，為兩個專業(yè)設備的遠程監(jiān)控提供服務，實現(xiàn)礦山、工程機械設備的定位、傳感與通信。該終端不僅可以采集壓力、溫度、速度、負載、報警信息、電氣參數(shù)、ＧＰＳ位置等設備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而且可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對礦山和工程機械設備進行遠程診斷和運維服務，同時兼顧考慮到這兩個專業(yè)設備地域分布廣、安全性要求高等特點，并可進一步推廣應用于起重、軋鋼等其他行業(yè)，為工業(yè)設備的遠程監(jiān)控提供可靠服務。

１遠程監(jiān)控終端設計

設計遠程監(jiān)控終端，首先要考慮的是根據(jù)終端要解決的采集、監(jiān)控、診斷、服務等問題，規(guī)劃設計其主要硬件、工作模式、數(shù)據(jù)協(xié)議和軟件功能。因此我們不僅要根據(jù)工程機械和礦山專業(yè)的需求特點來設計終端的主要硬件結(jié)構(gòu)模塊，而且需要設計終端的工作模式以適應終端的各類使用狀態(tài)，在以上硬件和工作模式基礎上還需要為礦山和工程機械專業(yè)分別規(guī)劃設計數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，最后通過精煉高效的軟件代碼，來實現(xiàn)硬件的工作模式驅(qū)動和基于數(shù)據(jù)通信協(xié)議的遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。

１．１硬件結(jié)構(gòu)模塊設計

通過對礦山和工程機械專業(yè)的需求分析，確定了終端的基本功能結(jié)構(gòu)，設計了包含電源模塊、通信模塊、定位模塊、信號檢測模塊、主ＣＰＵ模塊、ＣＡＮ通信模塊、調(diào)試模塊、充電模塊和輔助ＣＰＵ模塊等九個硬件模塊。電源模塊用于終端進行過壓保護、欠壓保護和ＰＩＣ及ＡＲＭ的斷電保護，為終端的供電安全提供支持。通信接口模塊通過標準串口通信協(xié)議ＲＳ２３２和ＲＳ５８５等進行數(shù)據(jù)的傳送和接收，實現(xiàn)終端和設備的數(shù)據(jù)傳輸。定位模塊用于對設備的定位，及時采集和反饋設備位置數(shù)據(jù)，為機械設備的管理和使用提供位置支持。信號檢測模塊用于對少量外接開關(guān)量和模擬量進行數(shù)據(jù)采集。主ＣＰＵ模塊用于提供終端所需的數(shù)據(jù)讀寫、定位、ＳＤ卡、總線傳輸?shù)雀鞣N服務的控制功能，其內(nèi)部寫入工作模式程序、數(shù)據(jù)采集程序、通信程序等程序代碼功能來實現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)采集。ＣＡＮ通信模塊用于有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。調(diào)試接口模塊用于對終端進行故障診斷和遠程調(diào)試升級，也可在近端連接調(diào)試模塊對終端進行現(xiàn)場調(diào)試。充電模塊用于在車載電源斷電后維持終端休眠所需電量，主要用于終端的休眠工作模式。輔助ＣＰＵ模塊等功能模塊用于在主ＣＰＵ休眠后監(jiān)控主機，保證終端基本的時鐘功能、專用ＩＤ、核心數(shù)據(jù)等信息不受影響。遠程監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)模塊如圖１所示。

１．２工作模式設計

在確定了終端的硬件組成后，我們需要對終端的工作模式進行合理的規(guī)劃和設計。無論是礦山設備還是工程機械設備，都會有正常運行、檢修、停機等多種狀態(tài)，因此我們規(guī)劃設計了標準工作模式和休眠工作模式用于終端的工作過程。在正常運行過程中，設備正常工作，需要終端持續(xù)在線提供數(shù)據(jù)采集和傳輸服務，因為我們規(guī)劃設計了終端的標準工作模式。標準工作模式主要用于數(shù)據(jù)采集和服務，設備使用頻率高，設備上電即可激活，為終端最常用的工作模式。如果設備處于檢修或者停機狀態(tài)，設備就處于無有效數(shù)據(jù)產(chǎn)生的狀態(tài)，此時，我們設計出休眠模式，用于設備無工作時終端對設備的監(jiān)控，終端在設置允許休眠情況下，判斷達到休眠條件后，將自動關(guān)閉ＧＰＳ模塊等非必須的用電器元件，并斷開通信網(wǎng)絡的鏈接，進入休眠狀態(tài)，此時只傳輸設備位置和是否有故障等關(guān)鍵信息。

１．３通信數(shù)據(jù)協(xié)議設計

在硬件設計和工作模式設計完成后，通過與工程機械專業(yè)的工程師進行交流探討，研究設計傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議，以實現(xiàn)對ＰＬＣ等設備控制器數(shù)據(jù)的正確采集。基于礦山機械設備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定了基于ＴＣＰ協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸采用請求—應答模式［２］，遠端向終端發(fā)送獲取如圖２所示的數(shù)據(jù)表請求，終端對采集的ＰＬＣ數(shù)據(jù)進行打包加密返回。終端采集包含功能代碼、報文長度、報文序號、設備ＩＤ、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、變量表數(shù)據(jù)等信息的數(shù)據(jù)幀，進行終端和平臺間的數(shù)據(jù)交互�；�于工程機械的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定了基于ＣＡＮ總線的設備和終端間的傳輸協(xié)議，以設備的機構(gòu)為基礎進行數(shù)據(jù)包分類，８Ｂｙｔｅ為一個數(shù)據(jù)包，一個機構(gòu)包含若干包數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包不僅包含設備所需要的傳輸數(shù)據(jù)，而且每個包也包含數(shù)據(jù)幀類別和數(shù)據(jù)幀序號等內(nèi)容�；�于工程機械設備規(guī)劃的數(shù)據(jù)協(xié)議如圖３所示。

１．４軟件設計

完成了硬件結(jié)構(gòu)、工作模式和傳輸協(xié)議的規(guī)劃和設計后，我們進入了最重要的程序?qū)崿F(xiàn)部分，程序不僅要驅(qū)動底層硬件，而且要根據(jù)設備工作狀況和系統(tǒng)指令決定終端的工作模式，還要對礦山和工程機械的數(shù)據(jù)協(xié)議以及采集需求進行代碼化設計來實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。根據(jù)礦山和工程機械設備的高速采集和定位等需求特點，ＣＰＵ選用了嵌入式ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３系列微處理器ＬＰＣ１７７８，它具備集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、內(nèi)核精巧、功耗低、多寄存器和流水線處理等特點。采用支持Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３／Ｍ１／Ｍ０等內(nèi)核處理器的具備內(nèi)核初始化、任務處理、時間處理、任務同步與通信、ＣＰＵ移植等５個核心任務功能的μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)進行程序的開發(fā)。在μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)下開發(fā)的主函數(shù)主要進行了系統(tǒng)硬件的初始化、操作系統(tǒng)初始化、初始任務的創(chuàng)建以及多任務處理的開啟。在封裝的功能模塊代碼中編寫通信、定位、數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)協(xié)議等函數(shù)功能，在主程序開啟多任務處理模式后根據(jù)需求進行任務調(diào)度，實現(xiàn)終端的遠程采集、通信、監(jiān)控等。遠程監(jiān)控終端軟件流程如圖４所示。

２終端應用

２．１終端產(chǎn)品

通過上述規(guī)劃設計、硬件開發(fā)、功能程序編寫，以及反復的測試以及ＢＵＧ的修改等，設計出了如圖５所示的終端。該終端可以在工程機械、礦山機械的專業(yè)設備上進行安裝使用，進行工程車輛以及礦山設備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

２．２終端的基本功能

開發(fā)設計的終端具備如下基本功能：（１）數(shù)據(jù)交互功能：采集設備的工作數(shù)據(jù)、經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度、方向角、ＧＰＳ時間；監(jiān)測ＧＰＳ天線故障、定位狀態(tài)；接收服務器下發(fā)控制、修改、轉(zhuǎn)發(fā)等指令，指定時間上報和遠程參數(shù)的查詢與設置等［３］。（２）人機交互功能：用紅、黃、藍、綠、白五種顏色指示燈表示設備的供電、定位、通信、ＳＤ卡以及調(diào)試等狀態(tài)。（３）安全保護功能：用于保障終端在兩個專業(yè)設備上正常運行的欠壓報警、掉線報警、通信異常報警、ＳＩＭ卡拔掉報警以及主電源切斷報警等。（４）對特定時間和特定數(shù)據(jù)的查詢、追溯以及支持指定數(shù)據(jù)上傳和檢索等的歷史數(shù)據(jù)追溯功能：此功能通過用外置３２ＧＢ內(nèi)存卡以及程序中對應的相關(guān)功能模塊實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的存儲，為用戶或者工程師查詢故障和統(tǒng)計數(shù)據(jù)提供支持和服務［４］。數(shù)據(jù)遵循自動覆蓋和先進先出的原則，其數(shù)據(jù)采集和更新的時間達到了最快２０ｍｓ。（５）支持ＣＡＮ總線協(xié)議，ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議以及西門子、三菱、歐姆龍、ＡＢ等主流工業(yè)控制ＰＬＣ的數(shù)據(jù)協(xié)議的通信功能，方便推廣應用于其他各類設備的遠程監(jiān)控。

２．３終端的應用

開發(fā)的終端已在多臺工程機械和礦山設備上安裝并投入使用。實際應用表明，該終端不僅實現(xiàn)了設備的遠程監(jiān)控，而且配合專業(yè)的數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的歸類、存儲和分析，提升了設備的管理和運行水平，實現(xiàn)了遠程技術(shù)指導、遠程技術(shù)售后，可節(jié)約時間，節(jié)約成本，提升了設備用戶的滿意度。終端在現(xiàn)場設備的安裝使用情況如圖６所示。

３結(jié)語

本文闡述了基于礦山和工程機械設備的遠程監(jiān)控終端的規(guī)劃和設計過程，通過為工業(yè)設備接入遠程監(jiān)控終端進行工業(yè)設備的遠程數(shù)據(jù)采集和通信，不僅可以幫助用戶和設備廠商實時了解設備狀態(tài)，更能提升設備商的售后服務質(zhì)量、產(chǎn)生增值服務，為工業(yè)設備的信息化和智能化增添羽翼。

參考文獻

［１］王浩林，徐志明，李郝林，等．基于網(wǎng)絡的數(shù)控機床遠程監(jiān)控與管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［Ｊ］．機床與液壓，２０１４（１０）：１４９－１５５．

［２］王義樂，宋書中，朱錦洪，等．基于網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控研究［Ｊ］．電源技術(shù)，２０１３（１２）：２６５－２６８．

［３］朱志浩，樊留群，謝曉軒，等．設備遠程監(jiān)控的研究［Ｊ］．制造業(yè)自動化，２００１（１）：４７－５０．

［４］趙陽，高強．基于Ｗｅｂ遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計實現(xiàn)［Ｊ］．自動化儀表，２０１５（１）：３１－３２．